一种铸造铝铜合金、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种铸造铝铜合金、其制备方法及应用，铸造铝铜合金成分按照质量百分含量计包括：Cu4.8

【技术实现步骤摘要】
一种铸造铝铜合金、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及金属材料，尤其涉及一种铸造铝铜合金、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]最近几年来，随着航空、航天领域发展的需求，各种成分不尽相同的高强度、高韧性的铸造Al
‑
Cu合金应运而生。ZL205A是高强硬铝铸造铝合金之一，由于其高强高韧，起到以铝代钢、以铸代锻的效果，在汽车领域乃至航天航空产品中有着广泛应用。在当今随着汽车领域的快速发展，高强度铝合金的使用对汽车减重、轻量化有了有利保障。因此在ZL205A上开展了大量研究。通过合金成分不断地优化，有效地改善显微组织，改进熔炼、铸造、及热处理工艺等，使性能得以提升。
[0003]ZL205A主要强化元素是Cu，在铝合金中形成θ(CuAl2)相，铸态时在晶界以AL
‑
θ(CuAl2)网络状存在，经固溶强化和时效强化后，θ
′
、θ相弥散分布基体α
‑
AL中，起到强化作用。Mn元素的加入形成T(AL12CuMn2)相，细化晶粒尺寸，且降低铝合金中铁的危害，Mn含量不能过高，Mn≧1.0％时，T相变的粗大，恶化性能。ZL205A凝固区间较宽，以糊状凝固为主，流动性较差，补缩不好，有缩松缩孔和热裂倾向，应引起重视。且晶粒较为粗大，因此加入多种晶粒细化元素，如Ti、V、Zr、B等，分别与AL形成高温难熔相，起到细化晶粒作用。Cd是低熔点金属，不固溶于AL，在铝合金中以游离单质状态存在，基本依附AL
‑
Cu共晶相和固溶的θ相存在，在热处理时促进GP区和θ
″
、θ
′
、θ形成，推进时效进程。在原有ZL205基础上，将以上各种合金元素固化优化，并新增加入AL
‑
TiB2晶种材料，起进一步细化、强化作用提升其性能。加入纳微米级(100nm
‑
2um)TiB2，主要起两方面作用：一是在铝合金凝固过程中作为异质形核核心细化晶粒，在已有细化基础上进一步细化。二是作为质点弥散分布在铝合金基体的晶粒内及晶界处起到弥散强化作用，分布于晶界处的细小颗粒在后续热处理中也起到阻碍再结晶晶粒长大作用。在略微提升延伸率的前提下，使抗拉强度、屈服强度提升接近10％。进一步解决铝合金强韧性问题。由于强度高、韧性好，很好解决了航天航空、军工、民用、交通运输用铝合金对强韧性需求，尤其满足汽车领域重要零部件需求，为汽车减重及轻量化提供保证。
[0004]同时，随着汽车轻量化，尤其是簧下减重越来越迫切，铸造铝硅合金在性能上，尤其是抗拉强度及屈服强度显示出了局限。Al
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Cu合金可以弥补Al
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Si合金在性能上的不足，然而为了保证ZL205A铝合金最终力学性能，ZL205A对铝合金杂质含量要求较高，例如其铝锭一般采用高纯铝(Al≥99.999％)，因此，ZL205A铝合金成本的提升严重限制了ZL205A铝合金在汽车等行业的应用。
[0005]ZL205A铝合金中的主要合金元素为Cu，V，Ti及Zr主要杂质为Fe。杂质Fe也是影响合金强度和延伸率的重要因素。Fe元素相对其他元素而言，对ZL205A铝合金的作用时有害的，它的含量越多，合金的强硬度及延伸率就会越低。特别是延伸率，将受到严重损害。因此，即使在合金的Fe含量是很低，它也可以形成一个富Fe相，因此，Fe含量的杂质必须严格控制。通常ZL205A在熔炼过程中添加Al5TiB或AlTiC等细化剂细化合金铸造组织，但对于
ZL205A铝合金来说，细化效果有限且补强效果有限。
[0006]如何解决ZLZL205A铝合金晶粒细化、强韧性匹配及消弱杂质对性能的影响，是提高ZL205A铝合金性能及应用的重要途经。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于，针对传统ZLZL205A铝合金性能无法满足需要的问题，提出一种铸造铝铜合金，本专利技术通过优化铝铜合金成分，采用纯度大于99.00％的铝锭作为原料，匹配适量亚微米级TiB2陶瓷颗粒，并配合热处理工艺，制备低成本的铸造铝铜合金。其力学性能与高纯铝生产的合金性能相当，但成本相较于使用高纯铝锭制备的硅铝合金下降40％以上，改善了高力学性能合金因杂质受限带来的高昂成本的问题，所述合金用于航空或汽车铸件上，扩展了高强韧铸造铝铜合金的应用领域。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种铸造铝铜合金，其成分按照质量百分含量计包括：
[0009][0010]进一步地，所述铸造铝铜合金，其成分按照质量百分含量计包括：
[0011][0012]进一步地，所述高强韧铸造铝硅铜镁合金组分中Ti为单质Ti和/或TiAl3。
[0013]进一步地，所述铸造铝铜合金T5热处理状态下的抗拉强度为450MPa
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500 MPa，屈服强度为350MPa
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400 MPa，延伸率＞9％；所述铸造铝铜合金T6热处理状态下的抗拉强度为490MPa
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530MPa，屈服强度为380MPa
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460 MPa，延伸率＞6％。
[0014]本专利技术的另一个目的还公开了一种铸造铝铜合金的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1.按照重量配比称取各原料熔铸后得到中间熔体；对所述中间熔体进行除杂处理，再经除渣后得到合金铸锭；
[0016]S2.对所述合金铸锭进行固溶淬火处理；
[0017]S3.进行时效处理，冷却后得到所述铝铜合金。
[0018]进一步地，S1将铝锭、含Cu原料、含Mn原料、含V原料、含Zr原料、含Ti原料和含B原料加入至熔炉中加热熔化，待所有原料溶清后保温静置，再依次加入含Cd原料、TiB2/Al复合材料，溶清后静置，得到所需成分的中间熔体。
[0019]如无特殊说明，本专利技术所述含Ti原料为Al
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Ti10中间合金原料，不包括TiB2。
[0020]进一步地，S1将铝锭、含Cu原料、含Mn原料、含V原料、含Zr原料含Ti原料和含B原料加入至熔炉中加热至760℃
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780℃熔化，待所有原料溶清后保温静置50min
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70min，再依次加入含Cd原料、TiB2/Al复合材料，溶清后静置10min
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15min，得到所需成分的中间熔体。
[0021]进一步地，所述除杂处理采用打渣剂进行除杂。
[0022]进一步地，所述变质处理时间为6h
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8h。
[0023]进一步地，S2所述固溶淬火处理采用以下工艺参数：固溶温度为530℃
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545℃，固溶时间为10h
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18h，淬火温度为50℃
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70℃。优选的，固溶温度为530℃
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540℃，固溶时间为10h
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16h，淬火温度为60℃
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70℃。
[0024]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铸造铝铜合金，其特征在于，其成分按照质量百分含量计包括：余量为Al。2.根据权利要求1所述铸造铝铜合金，其特征在于，其成分按照质量百分含量计包括：余量为Al。3.根据权利要求1或2所述铸造铝铜合金，其特征在于，所述铸造铝铜合金T5热处理状态下的抗拉强度为450MPa
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500MPa，屈服强度为350MPa
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400MPa，延伸率＞9％；所述铸造铝铜合金T6热处理状态下的抗拉强度为490MPa
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530MPa，屈服强度为380MPa
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460MPa，延伸率＞6％。4.一种权利要求1
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3任意一项所述铸造铝铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.按照重量配比称取各原料，熔铸得到中间熔体；对所述中间熔体进行除杂处理，再经除渣后得到合金铸锭；S2.对所述合金铸锭进行固溶淬火处理；S3.进行时效处理，冷却后得到所述铝铜合金。5.根据权利要求4所述铸造铝铜合金的制备方法，其特征在于，S1将铝锭、含Cu原料、含
Mn原料、含V原料、含Zr原料和含B原料加入至熔炉中加热熔化，待所有原料溶清后保温静置，再依次加入含Cd原料、TiB2/Al复合材料，溶清后静置，得到所需成分的中间熔体。6.根据权利要求4所述铸造铝铜合金的制备方法，其特征在于，S2所述固溶淬火处理采用以下工艺参数：固溶温度为530℃
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【专利技术属性】
技术研发人员：王汉光，史国栋，李国锋，姜明林，孙连春，赵立民，
申请(专利权)人：大连科天新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：